中國儲能網(wǎng)訊：本研究基于清華大學(xué)中國車用能源研究中心所開發(fā)的中國汽車保有量預(yù)測模型，對未來汽車規(guī)模進行預(yù)測，對車用能源和資源的利用現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展水平、發(fā)展趨勢等進行研究，并提出相應(yīng)政策建議。
研究結(jié)果表明，中國汽車保有量將持續(xù)增長，車用燃料供需矛盾將進一步凸顯，汽車材料所需礦產(chǎn)資源儲備、產(chǎn)品性能和技術(shù)水平有待提升。建議出臺相關(guān)政策，提前布局，積極應(yīng)對未來汽車工業(yè)面臨的能源和資源方面的挑戰(zhàn)。
本文來自 2018 年 2 月 15 日出版的《 中國工程學(xué)科 》，作者是清華大學(xué)中國車用能源研究中心的彭天鐸、袁志逸、袁杰輝、歐訓(xùn)民和清華大學(xué)公共管理學(xué)院的朱旭峰。
一、前言
目前，中國已成為全球汽車市場規(guī)模增長最快的地區(qū)之一，也已成為全球最大的汽車消費國和生產(chǎn)國，車用成品油等能源消耗規(guī)模逐年上升，近年呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，車用能源問題已成為中國汽車發(fā)展戰(zhàn)略、能源發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要問題 [1]。
在汽車生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵部件、車體、電池、電機等制造需要消耗大量的礦產(chǎn)資源，以碳鋼、鎂、鋁、鋰、稀土、鉑等為代表的礦產(chǎn)資源儲備、產(chǎn)能、技術(shù)水平狀況對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性將日益凸顯。
為了積極應(yīng)對汽車工業(yè)快速發(fā)展所面臨的能源和資源問題，需要對中國車用能源和資源的利用現(xiàn)狀、未來面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展路徑等進行綜合研究。
二、中國汽車保有量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國人民生活水平已有了長足的進步，汽車普及率也一路走高，2016 年，汽車產(chǎn)銷量創(chuàng)歷史新高，分別達到 2811.9 萬輛和 2802.8 萬輛，連續(xù) 8 年位居全球第一，汽車保有量達到 1.94 億量 [2]，千人汽車保有量達到 142 輛。如果以人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（人均 GDP ）作為衡量經(jīng)濟發(fā)展水平的指標(biāo)，從世界各主要國家經(jīng)濟發(fā)展水平與汽車保有量的發(fā)展走勢來看，隨著經(jīng)濟發(fā)展，汽車普及率的上升是必然趨勢。相比于發(fā)達國家，中國的人均 GDP 和汽車普及率均處于較低的水平，家庭轎車（即私家乘用車）尚未大規(guī)模普及，千人汽車保有量僅約為 1921 年美國和 1975 年日本的水平，隨著人均 GDP 的提高，未來汽車保有量還將有較大的增長空間。
民用汽車可細分為乘用車、大型客運汽車和貨運汽車三類。一般來說，一個國家或地區(qū)的未來汽車保有量水平與社會經(jīng)濟、人口和城鎮(zhèn)化密切相關(guān)。歷史數(shù)據(jù)和國際經(jīng)驗表明，乘用車保有量與人均 GDP 的關(guān)系近似呈「 S 型」曲線的形狀，可以采用 Gompertz 曲線方程進行預(yù)測，大型客運汽車和貨運汽車的保有量主要和經(jīng)濟總量相關(guān)，可采用彈性系數(shù)法對中國未來大型客運和貨運汽車保有量增長情況進行分析 [3]。
基于以上方法，清華大學(xué)中國車用能源研究中心開發(fā)了中國汽車保有量預(yù)測模型。該模型計算結(jié)果顯示：
我國民用汽車保有量將持續(xù)增長，乘用車保有量到 2030 年可達到 3.8 億 ~ 4.2 億輛， 2050 年達到 5 億 ~ 6 億輛；
大型客運汽車、貨運汽車保有量將在 2040 年分別達到 440 萬輛和 3750 萬輛的峰值水平，繼而有所下降，至 2050 年分別達到 430 萬輛和 3680 萬輛。
綜合以上預(yù)測結(jié)果，中國汽車保有量到 2030 年將達到 4.2 億 ~ 4.6 億輛，到 2050 年將達到 5.4 億 ~ 6.4 億輛（見圖 1）， 2030 年和 2050 年的千人汽車保有量分別約為 300 輛和 400 輛。
圖 1 我國汽車保有量預(yù)測（ 2015 — 2050 ）
注：帶狀圖表示汽車保有量預(yù)測范圍，由于未來經(jīng)濟、人口和城鎮(zhèn)化率等驅(qū)動因素的不確定性，未來汽車保有量的預(yù)測存在一定變動范圍
三、中國車用能源消費現(xiàn)狀和需求分析
汽車保有量急劇增加引起了車用燃料消耗量的快速增長，并逐步成為石油能源消耗的主體，除少量替代用燃料之外，目前中國車用燃料仍然來自于石油煉制的汽油和柴油。
2016 年，中國石油表觀消費總量約為 5.56 × 10^8 t，全年汽油消費總量為 1.19 × 10^8 t、柴油消費總量為 1.63 × 10^8 t [4]，交通領(lǐng)域石油消費占比接近 50 %，其中近 80 % 被汽車所消耗。
自產(chǎn)石油能力近年來保持在 2 × 10^8 t 左右。車用燃油隨著汽車保有量的增長而迅速增長，帶動了石油對外依存度持續(xù)上升， 2016 年石油對外依存度達到 64.4 % [4]。
未來中國汽車保有量將進一步提升，車用燃料供需矛盾將進一步凸顯。需要多渠道尋找和形成多元化的車用能源供應(yīng)方式，降低汽車對汽柴油的依賴程度，保障石油安全。
（一）不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的車用成品油需求預(yù)測
如果不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的作用，假設(shè)未來汽車技術(shù)仍以傳統(tǒng)內(nèi)燃機動力為主、電動化率并無顯著提升，那么即使考慮汽車燃油經(jīng)濟性水平持續(xù)改善、乘用車使用強度降低、繼續(xù)優(yōu)化公共客運和大力改進貨運車隊管理等影響因素，短期來看，中國車用成品油需求量仍呈持續(xù)增長的趨勢。
未來道路交通中乘用車保有量的增長是汽油消費量增長的主要驅(qū)動力。 2020 年汽油消費將達到 1.88 × 10^8 ~ 1.98 × 10^8 toe （ tons of oil equivalent ，噸油當(dāng)量），預(yù)計在 2030 年左右達到峰值 2.35 × 10^8 ~ 2.60 × 10^8 toe，在運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化、強度降低及能效提高等共同作用下， 2050 年可降至 1.86 × 108 ~ 2.27 × 10^8 toe。
目前柴油主要消費在道路營運客車和貨運中，其需求與經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整之間關(guān)系密切。按當(dāng)前的發(fā)展情況來看，增加的貨運周轉(zhuǎn)量所帶來的柴油消費增加，可被能效提高所補償，未來柴油的消費量增速放緩， 2020 年達到 1.62 × 10^8 ~ 1.70 × 10^8 toe ，預(yù)計 2030 年前后達到峰值 1.60 × 10^8 ~ 1.77 × 10^8 toe， 2050 年可降至 1.32 × 10^8 ~ 1.62 × 10^8 toe。
綜合以上預(yù)測結(jié)果， 2020 年、 2030 年、 2050 年中國車用成品油需求分別達到 3.50 × 10^8 ~ 3.68 × 10^8 toe 、 3.95 × 10^8 ~ 4.37 × 10^8 toe 、 3.18 × 10^8 ~ 3.89 × 10^8 toe。
（二）新能源汽車的發(fā)展和燃料替代對車用成品油替代效果
新能源汽車使用電機驅(qū)動，能量轉(zhuǎn)化效率高，能夠有效降低石油資源消耗量，是實現(xiàn)燃料替代、節(jié)約能源的有效途徑。在政策的大力推動下，中國新能源汽車發(fā)展形勢喜人， 2016 年年銷量已突破 50 萬輛，居世界第一位 [5]，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（ 2012 - 2020 ）》，力爭到 2020 年新能源汽車累積產(chǎn)銷量達到 500 萬輛 [6]。
隨著新能源汽車技術(shù)進步、成本下降及基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，新能源汽車市場份額將快速增長，電動汽車將逐步替代部分乘用車和大型客車，燃料電池汽車將逐步替代部分乘用車和部分大型客運和貨運汽車。如果新能源汽車得到大力發(fā)展，根據(jù)模型測算結(jié)果， 2020 年、 2030 年、 2050 年將可分別替代成品油 9.33 × 10^6 toe、 5.71 × 10^7 toe、 1.87 × 10^8 toe 左右。新能源汽車大力發(fā)展時的占比，如表 1 所示。
表 1 新能源汽車大力發(fā)展時的占比
發(fā)展天然氣汽車，對改善目前交通部門的能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)汽車燃料結(jié)構(gòu)的多樣化、低碳化轉(zhuǎn)型有著重要意義，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》重點提出了適度推動以天然氣為主的替代燃料商用車穩(wěn)定發(fā)展 [7]。 2015 年，中國天然氣汽車保有量約為 500 萬輛，位居世界第一，替代了約 1.5 × 10^7 t 汽油和 8×10^6 t 柴油的消費 [4]。
隨著國家對天然氣汽車的逐步重視，未來天然氣汽車的成品油替代作用將愈加顯著。在這種情景下，預(yù)測 2020 年減少成品油消費量 4.4 × 10^7 toe 左右； 2030 年之后，受新能源汽車、其他液體燃料等發(fā)展的影響，天然氣汽車增長速度減緩， 2050 年其替代成品油消費量預(yù)計為 4.3 × 10^7 toe 左右。
其他液體燃料如燃料乙醇、生物柴油等生物燃料，燃料甲醇、煤制油等煤基燃料具有明顯的石油替代效應(yīng)，能夠降低車用燃料對石油的依賴。 2015 年，液體燃料替代成品油約 8.45 × 10^6 t [4]，隨著替代燃料的使用范圍不斷拓寬，根據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)、國家相關(guān)能源發(fā)展規(guī)劃及鼓勵政策，結(jié)合各種替代燃料的發(fā)展態(tài)勢，近中期生物燃料、煤制油等將獲得進一步推廣，液體燃料使用量保持上升的趨勢不變。
圖 2 大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻
注：目標(biāo)情景量即考慮新能源汽車的發(fā)展和燃料替代的效果后的成品油消費量
遠期來看，受技術(shù)、原料以及新能源汽車發(fā)展的影響，其消耗量增長趨勢變緩， 2050 年預(yù)計可替代成品油約 3.3 × 10^7 t。大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻情況，如圖 2 所示。
四、中國車用礦產(chǎn)資源利用形勢和發(fā)展趨勢
（一）車用鋼材供應(yīng)充足，高強度鋼前景樂觀
未來一段時期內(nèi)，鋼材仍將是中國汽車車體制造、零部件制造等方面的主要原材料。在汽車行業(yè)中，鋼材料在所有同類用途材料的使用率占比仍將保持在 60 %~ 70 %，就目前產(chǎn)能而言，車用鋼材供應(yīng)充足。
隨著汽車輕量化趨勢的到來，高強度鋼材料也將成為汽車行業(yè)采用的主要材料，當(dāng)前中國高強度鋼在汽車制造中的總體應(yīng)用比例保持在 50 %左右，盡管應(yīng)用比例與國外差別不大，但用鋼的強度級別與國外仍有一定差距，尤其是超高強度鋼用量很少 [7]。
隨著國內(nèi)對高強度鋼需求的提高，相關(guān)廠商正加大研發(fā)力度，努力提升技術(shù)水平和產(chǎn)品性能，未來車用高強度鋼的應(yīng)用比例和強度級別將逐步提升。
（二）車用鎂資源量較低，產(chǎn)品性能有待提升
鎂合金鑄件是汽車輕量化的一種關(guān)鍵材料。發(fā)達國家平均每輛汽車使用的鎂合金約為 10 kg，而中國平均不到 1.5 kg [7]。根據(jù)技術(shù)路線圖，中國單車平均用鎂量在 2020 年、 2025 年、 2030 年分別達到 15 kg、 25 kg、 45 kg，結(jié)合汽車產(chǎn)銷規(guī)模，預(yù)計當(dāng)年在汽車產(chǎn)業(yè)上的鎂合金總量將分別達到 4.5 × 10^5 t、 8.8 × 10^5 t、 1.71 × 10^6 t。中國鎂合金加工產(chǎn)品在尺寸精度、內(nèi)在質(zhì)量及性能穩(wěn)定性方面相比國外仍有較大差距，性能仍有待提升。
（三）鋁資源對外依存度高，面臨多種挑戰(zhàn)
鋁合金是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑。鋁是中國大宗緊缺礦種之一，截至 2015 年年底，查明儲量 4.71 × 10^9 t，僅居世界第 7 位，對外依存度超過 40% [8]，進口比例過大導(dǎo)致我國鋁制品有關(guān)行業(yè)易受出口國政策影響。
中國是鋁生產(chǎn)和消費大國，近年來鋁材的產(chǎn)量呈穩(wěn)定上升態(tài)勢，但與發(fā)達國家相比，平均每輛汽車的用鋁量為 105 kg，較之于發(fā)達國家 140 ~ 150 kg 的水平仍有不小差距，預(yù)計到 2030 年將超過 350 kg [7]。
此外，當(dāng)前國內(nèi)鋁行業(yè)能耗較高、排放較大、污染嚴重，鋁合金零部件技術(shù)性能有待提升，未來車用鋁合金的應(yīng)用面臨許多挑戰(zhàn)。
（四）鋰資源供應(yīng)不足，短期約束明顯
鋰離子電池的正極材料由鋰的氧化物制造而成，電池能量密度高、壽命周期長，是電動汽車動力電池的核心材料。 2015 年中國鋰資源已探明儲量約 5.1 × 10^6 t，位列全球第 5 位，但鹽湖型儲量超過 80%，開采加工難度大，長期以來年開采量只占世界總量的 5%，關(guān)鍵鋰材料和產(chǎn)品依賴國外進口 [5]。
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起，鋰資源下游需求將大幅增長，而上游鋰礦開發(fā)卻受制于資源、技術(shù)等因素，短期內(nèi)無法快速擴產(chǎn)來擴大供給，鋰產(chǎn)業(yè)亟待突破。
（五）稀土儲量豐富，供應(yīng)能力充足
稀土是混合動力車和電動車所采用的電機和電池的關(guān)鍵原料，在新能源汽車制造過程中的作用無可替代。中國是世界稀土資源儲量大國， 2015 年總儲量約 5.5 × 10^7 t（以稀土氧化物 REO 計），占世界總儲量的 44 %，且具有礦種和稀土元素齊全、品位高及礦點分布合理等優(yōu)勢 [5]，就目前產(chǎn)能而言，完全可以滿足新能源汽車未來的發(fā)展目標(biāo)。
按照稀土行業(yè)「十三五」規(guī)劃，未來合理開發(fā)、有序生產(chǎn)、高效利用、科技創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展的稀土行業(yè)新格局形成后，將為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐 [9]。
（六）鉑資源緊缺，長期制約凸顯
鉑族金屬主要應(yīng)用于燃料電池和催化式排氣凈化器，是汽車產(chǎn)品中最昂貴的材料之一。中國是世界第一大鉑消費國，需求逐年增長， 2013 年消費量達 73.1 t，而中國每年鉑族金屬礦產(chǎn)量只有 2 ~ 3 t，遠遠不能滿足國內(nèi)需求，除再生資源回收外，進口成為滿足鉑族金屬需求的主要途徑 [10]。鉑資源的匱乏和昂貴成本直接制約了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，隨著中國汽車規(guī)模的不斷擴大，鉑使用量將不斷增加，鉑資源對外依賴程度將進一步提升。
五、政策建議
（一）明確技術(shù)路線圖，區(qū)分近中期和遠期戰(zhàn)略發(fā)展重點，分階段、多元化推進不同汽車技術(shù)路線
堅持發(fā)展電動汽車，兼顧高效發(fā)動機、混合動力汽車、替代燃料汽車、氫能和燃料電池方面的技術(shù)。同時，注重對技術(shù)交叉融合創(chuàng)新的引導(dǎo)，加強新能源汽車與可再生能源、智能電網(wǎng)、智能交通、智能互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)動和融合發(fā)展，進行較為系統(tǒng)性的政策設(shè)計。
（二）加強新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，做好頂層規(guī)劃，完善政策支持體系
新能源汽車發(fā)展與新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、智能電網(wǎng)建設(shè)、交通樞紐規(guī)劃、區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃、通信網(wǎng)絡(luò)等互相融合。加快充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，鼓勵中石化、中石油等油氣供應(yīng)企業(yè)和社會資本進入充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與服務(wù)領(lǐng)域。加大充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)財政補貼力度。
（三）著力進行輕量化材料制造領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)升級，加大自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)品性能
加快建立自主研發(fā)體系，采用產(chǎn)學(xué)合作的模式，加快開發(fā)新型的適合汽車輕量化需求的新產(chǎn)品。著力降低高強度鋼、鋁合金和鎂合金的生產(chǎn)制造過程中的污染物排放強度，提高產(chǎn)品應(yīng)用的安全性，降低單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
（四）促進礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)和有效利用，優(yōu)化相關(guān)礦產(chǎn)資源使用結(jié)構(gòu)，最大限度發(fā)揮我國礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟和環(huán)境效益
「開源」與「節(jié)流」相結(jié)合，科學(xué)規(guī)劃國內(nèi)資源開發(fā)利用，積極開發(fā)利用境外礦產(chǎn)資源，開展國際合作。以「一帶一路」為發(fā)展契機，深入推進礦業(yè)合作，加大合作勘查、礦業(yè)投資，充分發(fā)揮沿路各方互補優(yōu)勢和合作潛力，促進礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，實現(xiàn)互利共贏。建立戰(zhàn)略礦產(chǎn)儲存制度，保證汽車行業(yè)長遠平穩(wěn)發(fā)展。加大科技攻關(guān)，降低技術(shù)成本，開發(fā)車用替代性材料，減少單車稀缺礦產(chǎn)品種的使用量。
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